JP2022146002A - 検査システム、検査装置及び検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態における検査システムは、鉄道車両の台車の検査を行うためのシステムである。鉄道車両の台車の検査とは、例えば台車の損傷や損傷などの異常が発生していると推定される位置の特定及び損傷の有無の特定である。実施形態における検査システムでは、鉄道車両の台車の検査に、台車で発生する弾性波を用いる。鉄道台車においては、台車への荷重負荷が印加されたときに、主に構造部材間の溶接部で発生する微小な欠陥から弾性波が発生する。そこで、実施形態における検査システムでは、台車に設置した1以上のセンサにおいて、台車への荷重負荷印加時に発生する弾性波を検出し、検出した弾性波に基づいて、少なくとも弾性波の発生源(以下「弾性波源」という。)の梁の特定又は弾性波源の位置標定を行う。ここで、弾性波源の梁とは、弾性波が発生している梁であって、側梁又は横梁の少なくともいずれかである。
(参考文献1:特開2020-163883号公報)
(参考文献2:特開2019-130982号公報)
(参考文献3:特開2018-75954号公報)
以下、検査システムの具体的な構成について説明する。
図3は、第1の実施形態におけるセンサ10の配置例を示す図である。
図3に示すように第1の実施形態では、センサ10を側梁2-1,2-2と、横梁3のそれぞれ1つ設置するものとする。側梁2-1上に設置したセンサ10をセンサ10-1、側梁2-2上に設置したセンサ10をセンサ10-2、横梁3上に設置したセンサ10をセンサ10-3とする。なお、各センサ10-1,10-2,10-3の設置位置は、図3に示す場所に限られず、各センサ10-1,10-2,10-3が設置された梁上であればどの位置であってもよい。さらに、側梁2-1と横梁3との溶接部を溶接部4-1、側梁2-2と横梁3との溶接部を溶接部4-2とする。
検査装置50は、無線通信部51、制御部52、記憶部53及び表示部54を備える。
各センサ10は、弾性波を検出する(ステップS101)。各センサ10は、検出した弾性波を電気信号に変換して信号処理部20に出力する。信号処理部20は、各センサ10から出力された各電気信号に対して信号処理を行う(ステップS102)。具体的には、信号処理部20は、各電気信号に対してノイズ除去、到達時刻の決定、パラメータ抽出等の信号処理を行う。信号処理部20は、上記の信号処理をセンサ10から電気信号が得られる度に実行する。
上記の実施形態では、センサ10が、複数の側梁2-1,2-2、横梁3のそれぞれに少なくとも1つ以上設置される構成を示した。センサ10は、複数の側梁2-1,2-2、又は、横梁3の少なくともいずれかに設置されるように構成されてもよい。
第1の実施形態では、弾性波が発生した梁を特定することはできるが、弾性波が発生した位置を特定することはできない。第2の実施形態では、弾性波が発生した位置を特定する構成について説明する。なお、第2の実施形態では、側梁上における弾性波源の位置を特定する構成について説明する。
図7に示すように第2の実施形態では、センサ10を側梁2-1,2-2の両端部付近と、横梁3上に設置するものとする。側梁2-1の両端部付近に設置したセンサ10をセンサ10-11,10-12、側梁2-2の両端部付近に設置したセンサ10をセンサ10-21,10-22、横梁3上に設置したセンサ10をセンサ10-3とする。なお、センサ10-3の設置位置は、図7に示す場所に限られず、センサ10-3が設置された梁上であればどの位置であってもよい。
(1):(側梁振幅[dB]+減衰値)<横梁振幅[dB]
(2):側梁到達時刻>横梁到達時刻
ここで、一次元で標定する方法について説明する。2つのセンサS1、S2があり、センサS1とセンサS2との間でき裂が発生した場合、弾性波源からセンサS1までの距離と、弾性波源からセンサS2までの距離に応じて、弾性波がセンサに到達するまでの時間差が生じることが分かる。2つのセンサS1,S2間の距離をl、弾性波源のセンサ中心からの距離をΔxとすると、到達時間差Δtは、以下の式(3)のように表される。
位置標定部523aは、記憶部53に記憶されている1イベントにおける複数の送信データを抽出する(ステップS201)。位置標定部523aは、抽出した複数の送信データの中から除外条件に合致する送信データがあるか否かを判定する(ステップS202)。除外条件に合致する送信データがある場合(ステップS202-YES)、位置標定部523aは除外条件に合致する送信データを除外する。
図7に示す例では、側梁2-1,2-2それぞれの両端部付近にセンサ10が設置されている構成を示した。位置標定を行う対象となる側梁2が決まっている場合には、位置標定を行う対象となる側梁2-1又は側梁2-2のいずれか一方の両端部付近にセンサ10が設置されてもよい。
第3の実施形態では、横梁上における弾性波源の位置を特定する構成について説明する。第3の実施形態の構成は、基本的には第2の実施形態と同様である。第2の実施形態と異なる点は、センサ10の配置と、除外条件の内容である。以下、第2の実施形態との相違点について説明する。
図11に示すように第3の実施形態では、センサ10を側梁2-1,2-2の両端部付近と、横梁3の両端部付近に設置するものとする。側梁2-1の両端部付近に設置したセンサ10をセンサ10-11,10-12、側梁2-2の両端部付近に設置したセンサ10をセンサ10-21,10-22、横梁3の両端部付近に設置したセンサ10をセンサ10-31,10-32とする。
(1):(横梁振幅[dB]+減衰値)<側梁振幅[dB]
(2):横梁到達時刻>側梁到達時刻
図11では、側梁2-1,2-2それぞれの両端部にもセンサ10が設置されているが、側梁2-1,2-2それぞれには少なくとも1つのセンサ10が設置されていればよい。
第1の実施形態~第3の実施形態は、他の実施形態と組み合わされもよい。例えば、第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせて、側梁における位置標定と横梁における位置標定の両方を行うように構成されてもよい。例えば、第1の実施形態~第3の実施形態を組み合わせて、まず弾性波が発生した梁を特定し、弾性波が発生した梁に応じて、第2の実施形態の手法又は第3の実施形態の手法を適用するように構成されてもよい。以下、詳細に説明する。
Claims (14)
- 前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムであって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する1以上のセンサと、
前記1以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
を備える検査システム。 - 前記1以上のセンサは、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに少なくとも1つ以上設置され、
前記位置標定部は、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに設置された各センサによって検出された弾性波の特徴量に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定する、
請求項1に記載の検査システム。 - 前記複数の側梁は、第一の側梁と、第二の側梁であり、
前記1以上のセンサは、少なくとも前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項1又は2に記載の検査システム。 - 前記位置標定部は、前記両端部付近に設置された各センサのそれぞれで弾性波が検出された時刻又は弾性波の振幅の少なくともいずれかに基づいて、前記横梁から伝搬した弾性波を特定し、特定した前記横梁から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、前記側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項3に記載の検査システム。 - 前記1以上のセンサは、前記横梁の両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記横梁の両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の検査システム。 - 前記位置標定部は、前記両端部付近に設置された各センサのそれぞれで弾性波が検出された時刻又は弾性波の振幅の少なくともいずれかに基づいて、側梁から伝搬した弾性波を特定し、特定した前記側梁から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、前記横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項5に記載の検査システム。 - 前記横梁の両端部付近は、前記横梁と前記複数の側梁との連結部分である、
請求項5又は6に記載の検査システム。 - 前記位置標定部により標定された弾性波の発生源位置に基づいて、前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかの劣化状態を評価する評価部をさらに備える、
請求項1、3から7のいずれか一項に記載の検査システム。 - 前記1以上のセンサによって検出された弾性波の特徴量を抽出する信号処理部と、
前記信号処理部によって抽出された前記弾性波の特徴量のデータを送信する無線送信部と、
前記信号処理部と前記無線送信部に給電する電源供給部と、
をさらに備え、
前記信号処理部、前記無線送信部及び前記電源供給部は前記台車に設置される、
請求項1から8のいずれか一項に記載の検査システム。 - 電源供給部は、前記台車の所定の位置に設置された振動発電機である、
請求項9に記載の検査システム。 - 前記振動発電機の固有振動数は、前記台車の1次曲げ固有振動数近傍である、
請求項10に記載の検査システム。 - 前記台車は、鉄道車両の台車であり、
前記振動発電機が設置された前記所定の位置は、前記鉄道車両を支持する空気ばね近傍、又は、軸箱直上位置近傍である、
請求項10又は11に記載の検査システム。 - 前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する1以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部、
を備える検査装置。 - 前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置が行う検査方法であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する1以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する検査方法。
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